Расчет нагрузок в опорно-поворотном устройстве экскаватора-мехлопаты

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 622. 271. 4
П.В. Буянкин
РАСЧЕТ НАГРУЗОК В ОПОРНО-ПОВОРОТНОМ УСТРОЙСТВЕ ЭКСКАВАТОРА-МЕХЛОПАТЫ
Фактические условия работы одноковшовых экскаваторов-мехлопат, выражаются в постоянном изменении нагрузок, приводящему к износу оборудования, что выражается в увеличении внеплановых простоев и снижении производительности всего горного предприятия.
Одним из способов повышения надежности экскаваторов-мехлопат является поиск решений по снижению влияния эксплуатационных нагрузок на узлы машины, в том числе на элементы опорно-поворотного устройства.
В результате анализа литературы [1, 2] установлено, что расчету динамических нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации и влияющих на опорно-поворотное устройство, уделялось не достаточное внимание. Это часто приводит к тому, что некоторые расчеты элементов выполнены не корректно, что может выражаться в неверном выборе материалов и конструкций, излишней металлоемкости узла, или в недостаточной прочности конструкции, приводящей к преждевременному повреждению детали. В этой связи при проектировании необходимо более полно учитывать возникающие в процессе эксплуатации динамические нагрузки.
Для установления причин повреждений элементов опорно-поворотного устройства при воздействии динамических нагрузок выполнен ряд экспериментальных исследований. В результате этого установлено, что ролики роликового круга в процессе вращения поворотной платформы перемещаются по кругу, направление черпания при этом относительно нижней рамы периодически
меняется, поэтому износ нижнего рельса и роликов относительно равномерный. Наибольшему износу (раскатыванию) подвержена передняя часть верхнего рельса (до 40 мм), закрепленная неподвижно к поворотной платформе со стороны рабочего оборудования, и центральная цапфа. Площадь контакта переднего ролика и верхнего рельса представляет собой прямоугольник величиной 678 мм² (длина 114 мм и ширина 6 мм).
По результатам инструментальных измерений построен график износа рельса, проанализировав который предположено, что величина изнашивания прямо пропорциональна участию конкретного ролика при восприятии эксплуатационной нагрузки в середине пятна его контакта с рельсом (рис. 1). Из этого рисунка также видно, что максимальные вертикальные нагрузки воспринимаются его передней частью расположенной напротив 5 передних роликов
Изучение характера повреждения центральной цапфы опорно-поворотного устройства, показало, что ее износ выражается в виде изнашивания в местах трения, и что наиболее неблагоприятино -излома верхней части, причиной которого являются эксплуатационные нагрузки.
Для определения значений нагрузок на верхнем рельсе используется термин «коэффициент участия ролика» — Ку, говорящий о величине восприятия им части удельной нагрузки — Ыуд, определяемой по формуле:
N
(1)
Рис. 1. Зависимость величины износа верхнего рельса экскаватора ЭКГ-10 от расположения линии центра пятна контакта и коэффициента участия ролика при восприятии единичной нагрузки
20
П.В. Буянкин
Коэффициенты участия роликов в восприятии эксплуатационных нагрузок определены графически из рис. 1: для переднего (первого) ролика этот коэффициент равен 1, для второго и третьего — 0,98, четвертого и пятого — 0,85.
Для исследования влияния эксплуатационных нагрузок, на примере экскаватора-мехлопаты ЭКГ-10 выполнены работы по динамическому расчету усилий в опорно-поворотном устройстве, возникающих при его черпании и наклоне поворотной платформы (до 12 градусов).
На основе динамического моделирования искомых реакций связей, возникающих в основании поворотной платформы — опорно-поворотном устройстве, получены зависимости максимальных нагрузок от времени черпания, при воздействии усилий резания и напора, движения центра масс вращающейся части при черпании, а также с учетом угла наклона поворотной платформы [3]. Результаты расчетов, выполненных в программе MATCAD, приведены на рис. 2.
t, с
Рис. 2. Графики зависимостей горизонтальной Nx и вертикальной NY нагрузок, отрывающего усилия в центральной цапфе — Б и вращающего момента Мр в опорно-поворотном устройстве экскаватора ЭКГ-10 от времени черпания с учетом влияния усилий резания и напора, а также угла наклона поворотной
платформы
Согласно полученным результатам (рис. 1) установлено, что воздействие усилия резания и напора, наклона поворотной платформы приводит к знакопеременным реакциям связей в опорноповоротном устройстве (реактивного момента и отрывающего усилия), что влияет на перераспределение нагрузок при их максимальных значених: горизонтальная составляющая нагрузок и вращающий момент воздействуют на центральную цапфу, вертикальная составляющая — воспринимается верхним рельсом.
Перераспределение вертикальной нагрузки (3082 кН) с роликов на центральную цапфу (2494 кН) приводит к тому, что их часть (5 передних
роликов) воспринимает остальную нагрузку: ЕЫуд ост = Ny-S=3082−2492=590 кН. Средняя величина Ыудср будет равна 118 кН. Определение напряжений на верхнем рельсе в районе передних роликов приведено в табл.1. К примеру при площади контакта в 678 мм² напряжение на переднем ролике с коэффициентом -1 будет равно 174 Н/мм2.
Для сопоставления полученных результатов в программе SolidWorks Simulation с помощью метода конечных элементов построена модель напряженно-деформированного состояния опорноповоротного устройства экскаватора ЭКГ -10.
В результате установлено, что наиболее нагруженным элементом опорно-поворотного
Таблица 1. Сравнение данных динамического расчета и моделирования НДС опорно-поворотного устройства экскаватора ЭКГ -10
Номер ролика Формула определения расчетных напряжений Напряжения, полученные в результате расчетов, Н/мм2 Напряжения, полученные в результате моделирования, Н/мм2 Погрешность, %
1 а=Ку* Ыудср/ 678 мм2 174 184 0,95
2 и 3 171 172 0,99
4 и 5 148 160 0,92
устройства является центральная цапфа (рис. 3). Максимум напряжений расположен в области галтели, также концентратором напряжений является отверстие под рым-болт. В этом районе имеются напряжения превышающие предел текучести для ст. 40 по Г0СТ-1050 из которой изготовлена цапфа (275 МПа для ст. 40). Этот факт подтверждает, что эксплуатационные нагрузки носят характер разрушающих, и приводят к поломке центральной цапфы.
Из рис. 3 также видно, что на линии контакта пяти передних роликов, верхнего и нижнего рельсов имеются максимальные напряжения, что подтверждает картину износа верхнего рельса при воздействии эксплуатационных нагрузок. опорно-
поворотного устройства экскаватора ЭКГ-10 при воздействии эксплуатационных нагрузок.
Сопоставление данных динамического расчета усилий в опорно-поворотном устройстве экскаватора ЭКГ-10 и моделирования его НДС приведены в табл.1.
Рассмотрение полученных результатов показывает на удовлетворительную сходимость данных полученных в результате экспериментальных работ, аналитических расчетов и компьютерного моделирования напряженного-деформированного состояния опорно-поворотного устройства экскаватора ЭКГ-10. Средняя погрешность при этом не превышает 0,95 или 5%, что свидетельствует о корректности выполненных работ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Подэрни, Р. Ю. Механическое оборудование карьеров: учеб. для вузов. — 6-е изд. — М.: МГГУ, 2007. — 680 с.
2. Доронин С. В., Чурсина Т. А. Основы проектных расчетов горных машин и оборудования: Учеб. пособие / ГАЦМиЗ. — Красноярск, 2002. -76 с.
3. Буянкин П. В., Соколова Е. К. Моделирование динамических нагрузок на опорно-поворотное устройство экскаватора-мехлопаты // Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности: Труды XV межд. науч. -практ. конф. — Кемерово, 2013. — С. 38−41.
Автор статьи:
Буянкин Павел Владимирович, старший преподаватель каф/ «Г орные машины и комплексы» КузГТУ,
е-mail: pv. buyankin@gmail. com.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой